斜拉桥的索力测量系统及方法、施工监测系统及方法与流程

本发明涉及桥梁施工技术领域，具体涉及一种斜拉桥的索力测量系统及方法、施工监测系统及方法。

背景技术：

斜拉桥由于其较好地跨越能力、经济、美观等优势，在近二十年的全国交通路网建设中得到了迅猛的发展，并且在大跨度桥梁的结构形式当中处于主导地位。对于双索面斜拉桥，施工的基本过程为：以主塔为中心两边对称悬臂施工，主塔上安装一对斜拉索后，吊一个节段的钢梁然后进行钢梁焊接、拉索锚固，架设完一个节段的钢梁后再进行下一个节段的钢梁架设。随着施工技术的发展，对施工效率和质量的要求越来越高，工厂化生产的标准件越来越大，例如国内外当前钢箱梁斜拉桥悬臂拼装普遍节段长度为12m、重量在300～400t左右。但为了提高施工速度和质量，工厂化制作的钢箱梁标准节段长度开始达到24m，重量达680t～720t，这样就要求一次性安装多根斜拉索，工作效率将大大提高。

当前斜拉索施工中，每安装一次斜拉索前，需进行一次监控测量，确认已安装斜拉索的索力及桥面线形满足设计要求后，才能进行斜拉索的再次安装，安装后再进行监控测量，并再次确认安装的斜拉索的索力及桥面线形是否满足要求。

现有斜拉桥钢梁架设过程中，每条斜拉索的索力采用加速度传感器在斜拉索桥面位置进行人工测量，若多根斜拉索同时安装的情况下，需要的测量设备更多，测量的同步性较难控制，导致测量效率降低，成本升高。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种斜拉桥的索力测量系统，能够同时测量多根斜拉索，需要的测量设备少，测量的同步性好，施工效率高。

为达到以上目的，本发明的采取的技术方案：一种斜拉桥的索力测量系统，包括：

第一微波雷达，所述第一微波雷达设置在主塔桥面上，所述第一微波雷达用于实时测量所述第一微波雷达到一个斜拉桥索面上的每根斜拉索预设位置的距离；

计算机，所述计算机接收所述第一微波雷达到所有斜拉索预设位置距离的距离数据，并根据所述第一微波雷达传输的距离数据计算所述第一微波雷达测量的每根斜拉索的索力。

本发明的目的在于还提供一种斜拉桥的索力测量方法，包括：

使用第一微波雷达实时测量第一微波雷达到一个斜拉桥索面上的每个斜拉索预设位置的距离；

第一微波雷达将测量的距离数据传输给计算机；

计算机根据第一微波雷达传输的距离数据计算第一微波雷达测量的每根斜拉索的索力。

在上述方案的基础上，包括以下步骤：

计算机根据第一微波雷达传输的距离数据，先计算斜拉索的振动频率，再根据斜拉索的振动频率计算斜拉索的索力。

本发明的目的在于还提供一种斜拉桥的施工监测系统，包括：

至少一个微波雷达组，所述微波雷达组包括第一微波雷达和第二微波雷达，所述第一微波雷达设置在主塔桥面上，所述第一微波雷达用于实时测量所述第一微波雷达到一个斜拉桥索面上的每个斜拉索预设位置的距离；

所述第二微波雷达设置在主塔塔墩上，所述第二微波雷达用于实时测量所述第二微波雷达到该斜拉桥索面上的每根斜拉索对应桥面位置的距离；

计算机，所述计算机根据所述第一微波雷达传输的距离数据计算所述第一微波雷达测量的每根斜拉索的索力；同时，所述计算机还根据所述第二微波雷达传输的距离数据计算所述第二微波雷达测量的每根斜拉索对应桥面位置的高度。

在上述方案的基础上，斜拉桥主塔两侧各有一个斜拉索面，且所述系统设有两个微波雷达组，且每个微波雷达组对应一个斜拉索面；

所述计算机(3)根据两个所述微波雷达组传输的距离数据计算两个斜拉索面中每根斜拉索的索力和每根斜拉索对应桥面位置的高度。

在上述方案的基础上，斜拉桥主塔两侧各有两个斜拉索面，且所述系统设有四个微波雷达组，且每个微波雷达组对应一个斜拉索面；

所述计算机根据四个所述微波雷达组传输的距离数据计算四个斜拉索面中每根斜拉索的索力和每根斜拉索对应桥面位置的高度。

本发明的目的在于还提供一种斜拉桥的施工方法，包括以下步骤：

使用第一微波雷达实时测量第一微波雷达到每根斜拉索预设位置的距离，并将测量的距离数据传输给计算机；

使用第二微波雷达实时测量第二微波雷达到每根斜拉索对应桥面位置的距离，并将测量的距离数据传输给计算机；

计算机根据第一微波雷达传输的距离数据计算第一微波雷达测量的每根斜拉索的索力，计算机根据第二微波雷达传输的距离数据计算第二微波雷达测量的每根斜拉索对应桥面位置的高度；

在主塔上安装斜拉索一端，主梁端架设钢梁节段并安装斜拉索另一端，根据第一微波雷达测量的每根斜拉索的索力和第二微波雷达测量的每根斜拉索对应桥面位置的高度，使用张拉装置将安装的斜拉索张拉至预定索力。

在上述方案的基础上，包括以下步骤：

计算机根据第一微波雷达测量的距离数据，先计算每根斜拉索的振动频率，进而计算每根斜拉索的索力。

在上述方案的基础上，包括以下步骤：

使用张拉装置将安装的斜拉索张拉至预定索力时，计算机实时根据第一微波雷达传输的距离数据，计算每根斜拉索的索力，使安装的斜拉索的索力调整为0.95t～1.05t的范围内，其中t为安装的斜拉索的设计索力。

在上述方案的基础上，包括以下步骤：

使用张拉装置将安装的斜拉索张拉至预定索力时，计算机实时根据第二微波雷达传输的距离数据，计算每根斜拉索对应桥面位置的高度，使安装的斜拉索对应桥面位置的高度调整为h±10mm的范围内，其中h为安装的斜拉索对应桥面位置的设计高度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的斜拉桥的索力测量系统，包括第一微波雷达和计算机，第一微波雷达实时测量第一微波雷达到一个斜拉桥索面上的每个斜拉索预设位置的距离，并将测量数据传输给计算机，计算机根据第一微波雷达传输的数据可以计算一个斜拉桥索面上的每根斜拉索的索力。本发明能够同时测量多根斜拉索，需要的测量设备少，测量的同步性好，施工效率高。

(2)本发明的斜拉桥的施工监测系统，包括第一微波雷达、第二微波雷达和计算机，计算机能够实时接收第一微波雷达和第二微波雷达的数据，计算求得每根斜拉索的索力和每根斜拉索对应桥面位置的高度，使得斜拉桥的施工更加智能高效。

附图说明

图1为本发明实施例中施工监测系统的结构示意图；

图中：1-第一微波雷达，2-第二微波雷达，3-计算机，4-张拉装置，5-控制器，6-无线连接器，7-钢梁节段，8-斜拉索，9-主塔。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，是本发明实施例中施工监测系统的结构示意图。本发明实施例提供一种斜拉桥的索力测量系统，包括：

第一微波雷达1，所述第一微波雷达1设置在主塔桥面上，所述第一微波雷达1用于实时测量所述第一微波雷达1到一个斜拉桥索面上的每根斜拉索预设位置的距离。

计算机3，所述计算机3接收所述第一微波雷达1到所有斜拉索预设位置距离的距离数据，并根据所述第一微波雷达1传输的距离数据计算所述第一微波雷达1测量的每根斜拉索的索力。

具体地，计算机3根据第一微波雷达1传输的数据，先计算斜拉索8的振动频率，再根据斜拉索8的振动频率计算斜拉索8的索力。计算公式如下：

其中，f为斜拉索内拉力；m为斜拉索单位长度的质量；l为斜拉索的自由长度；n为斜拉索自振频率的阶数；fn为斜拉索的第n阶自振频率；ei为斜拉索的抗弯刚度。

与现有技术相比，本发明的斜拉桥的索力测量系统，包括第一微波雷达1和计算机3，第一微波雷达1实时测量第一微波雷达1到一个斜拉桥索面上的每个斜拉索8预设位置的距离，并将测量数据传输给计算机，计算机根据第一微波雷达1传输的距离数据可以计算一个斜拉桥索面上的每根斜拉索8的索力。本发明能够同时测量多根斜拉索8，需要的测量设备少，测量的同步性好，施工效率高。

参见图1所示，本发明实施例还提供一种斜拉桥的索力测量方法，包括：

使用第一微波雷达1实时测量第一微波雷达1到一个斜拉桥索面上的每个斜拉索预设位置的距离。

第一微波雷达1将测量的距离数据传输给计算机3。

计算机3根据第一微波雷达1传输的距离数据计算第一微波雷达1测量的每根斜拉索的索力。具体地，计算机3根据第一微波雷达1传输的数据，先计算斜拉索8的振动频率，再根据斜拉索8的振动频率计算斜拉索8的索力。计算公式如下：

其中，f为斜拉索内拉力；m为斜拉索单位长度的质量；l为斜拉索的自由长度；n为斜拉索自振频率的阶数；fn为斜拉索的第n阶自振频率；ei为斜拉索的抗弯刚度。

与现有技术相比，本发明的斜拉桥的索力测量方法，第一微波雷达实时测量第一微波雷达到一个斜拉桥索面上的每个斜拉索8预设位置的距离，并将测量数据传输给计算机，计算机根据第一微波雷达传输的数据可以计算一个斜拉桥索面上的每根斜拉索8的索力。本发明能够同时测量多根斜拉索8，需要的测量设备少，测量的同步性好，施工效率高。

参见图1所示，本发明实施例还提供一种斜拉桥的施工监测系统，斜拉桥主塔两侧各有两个索面的斜拉桥，包括：

四个微波雷达组，图1显示的斜拉桥的一个侧面，每个微波雷达组包括第一微波雷达1和第二微波雷达2，第一微波雷达1设置在主塔9桥面上，第一微波雷达1实时测量到一个斜拉桥索面上的每个斜拉索8预设位置的距离。

同微波雷达组的第二微波雷达2设置在主塔9塔墩上，第二微波雷达2实时测量第二微波雷达2到该斜拉桥索面上的每根斜拉索8对应桥面位置的距离。

其他三个微波雷达组分别测量另外三个索面的每个斜拉索8预设位置的距离，以及与每个斜拉索8对应桥面位置的距离

计算机3，计算机3接收四个微波雷达组传输的距离数据，计算每根斜拉索8的索力和每根斜拉索8对应桥面位置的高度。具体地，计算机3传输的距离数据，先计算每根斜拉索8的振动频率，进而计算每根斜拉索8的索力。计算公式如下：

其中，f为斜拉索内拉力；m为斜拉索单位长度的质量；l为斜拉索的自由长度；n为斜拉索自振频率的阶数；fn为斜拉索的第n阶自振频率；ei为斜拉索的抗弯刚度。

与现有技术相比，本发明的斜拉桥的施工监测系统，包括四个第一微波雷达1、四个第二微波雷达2和计算机3，计算机3能够实时接收四个第一微波雷达1和四个第二微波雷达2的数据，计算求得四个索面上的每根斜拉索8的索力和每根斜拉索8对应桥面位置的高度，使得斜拉桥的施工更加智能高效。

参见图1所示，本发明实施例还提供一种斜拉桥的施工方法，包括以下步骤：

使用第一微波雷达1实时测量第一微波雷达1到每根斜拉索8预设位置的距离，并将测量的距离数据传输给计算机3。

使用第二微波雷达2实时测量第二微波雷达2到每根斜拉索8对应桥面位置的距离，并将测量的距离数据传输给计算机3。

计算机3根据第一微波雷达1传输的距离数据计算每根斜拉索8的索力，计算机3根据第二微波雷达2传输的距离数据计算每根斜拉索8对应桥面位置的高度，具体地，计算机3根据第一微波雷达1测量的数据，先计算每根斜拉索8的振动频率，进而计算每根斜拉索8的索力。计算公式如下：

其中，f为斜拉索内拉力；m为斜拉索单位长度的质量；l为斜拉索的自由长度；n为斜拉索自振频率的阶数；fn为斜拉索的第n阶自振频率；ei为斜拉索的抗弯刚度。

在主塔9上安装斜拉索8一端，主梁端架设钢梁节段7并安装斜拉索8另一端，根据第一微波雷达1测量的每根斜拉索的索力和第二微波雷达2测量的每根斜拉索对应桥面位置的高度，使用张拉装置4将安装的斜拉索8张拉至预定索力。

具体地，使用张拉装置4将安装的斜拉索8张拉至预定索力的步骤如下：

使用张拉装置4将安装的斜拉索8张拉至预定索力时，计算机3实时根据第一微波雷达1传输的距离数据，计算每根斜拉索8的索力，使安装的斜拉索8的索力调整为0.95t～1.05t的范围内，其中t为安装的斜拉索8的设计索力。

使用张拉装置4将安装的斜拉索8张拉至预定索力时，计算机3实时根据第二微波雷达2传输的距离数据，计算每根斜拉索8对应桥面位置的高度，使安装的斜拉索8对应桥面位置的高度调整为h±10mm的范围内，其中h为安装的斜拉索8对应桥面位置的设计高度。

作为可选的实施方式，上述张拉装置4可以为千斤顶，千斤顶可由控制器5的控制，进一步地，控制器5可以与计算机3连接，一方面电气设备将千斤顶的相关数据传输给计算机3，另一方面计算机3可以发出控制指令控制千斤顶张拉斜拉索8，使得整个施工智能话程度更高，施工效率更高。

作为可选的实施方式，计算机3与第一微波雷达1、第二微波雷达2等设备的连接方式可为有线连接，也可以无线连接，根据现场应用灵活选择，本实施例通过无线连接器6连接。

与现有技术相比，本发明的斜拉桥的施工方法，计算机能够实时接收所有第一微波雷达1和所有第二微波雷达2的距离数据，计算求得每根斜拉索8的索力和每根斜拉索8对应桥面位置的高度，使得斜拉桥的施工更加智能高效。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。